锦州市云飞南街小凌河大桥主桥施工技术创新管理

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  摘要:介绍了锦州市云飞南街小凌河大桥主桥施工技术创新管理,重点阐述了钢拱塔竖向转体、拱塔间横撑安装技术、泄砂法落梁技术、对整个结构进行立体放样加工、钢拱塔塔段无余量卧式拼装焊接、钢结构冬季施工等主要施工技术创新管理。
  关键词:制造;安装;定位;焊接;创新;竖转
  中图分类号:TU74文献标识码: A 文章编号:
  1 项目概况
  云飞南街小凌河大桥位于锦州市云飞南街跨小凌河段,工程北起南京路、南至凌川路,沿云飞南街与女儿河大桥相通,是云飞街交通干线上关节点,也是小凌河水上公园与东湖公园的连接点。大桥全长1188.94米,其中桥梁长665米,主桥宽30米,引桥宽27米;南北引道长523.94米,宽33-50米。桥梁主桥形式为双套拱单塔双索面斜拉桥,钢塔结构为双套拱钢塔,钢梁结构为双主梁箱梁。主桥设计新颖,造型独特,双套拱构成了“天圆地方”的“中兴之门”、寓意城市南扩,拥抱海洋的开放文化。
  本工程建设单位为锦州市云飞南街小凌河大桥建设指挥部;设计单位为同济大学建筑设计研究院;施工单位天津第三市政公路工程有限公司;钢结构分包单位为中铁山桥集团有限公司。工程于2009年4月开工,2009年10月31日大桥主体工程完工,2010年10月16日通车。本论文阐述该工程的施工技术创新管理。
  2 工程特点及难点
  2.1钢结构工程量大
  加工制作在山海关,超重、超长、超大运输,运输调度组织十分艰难。钢结构大部分采用全焊接方式,部分采用栓焊结合,超厚板、高强钢。尤其是钢拱塔从施工图转化、构件加工、运输到现场吊装、卧式拼装、对接、竖向转体合拢、涂装难度大。
  2.2工期紧、质量要求高
  工程要求钢结构投入时间为2009年4月,2009年6月正式开工,2009年10月主体工程完工。钢结构主体要求施工图转化、原材料备料、制作在4个月内完成。同时工程为锦州市重点工程项目,质量要求高。
  2.3钢结构冬期施工焊接难度大
  锦州地区,进入10月份,温度低于5度,特别是河套高空环境,伴有强劲的西北风,这种气候对钢拱塔的焊接质量有很大影响。
  2.4横撑装饰箱安装难度大
  全桥共计43个横撑装饰箱,本工程的横撑安装工程是竣工之前的重要工作,工期紧,安装难度大是横撑安装的一大特点。
  2.5项目质量目标
  工程分项工程一次验收合格率100%,确保主体结构锦州市优质工程“古塔杯”、辽宁省优质工程“世纪杯”。
  2.6创新
  综上本工程工期要求较紧,质量要求较严,尤其是钢结构加工、制造、安装难度较大,为了满足要求,控制成本,必须进行施工技术创新。钢拱塔竖向转体的主桥内拱塔利用三角架进行竖转施工、主桥外拱塔利用内拱塔进行竖转施工、拱塔间横撑安装技术、泄砂法落梁技术、对整个结构进行立体放样加工、钢拱塔塔段无余量卧式拼装焊接等主要施工技术基本上都是首次在工程上使用。项目部针对工程项目的特点及难点,编制详细的创新施工方案,施工质量标准,预控措施及控制方法,以质量一次创优,严格管理、尽心工作,全面检查,严格控制工艺创新方案的有效实施。
  3 技术创新管理过程与方法
  3.1钢拱塔竖向转体施工技术创新
  3.1.1主桥内拱塔利用三角架进行竖转施工
   内拱塔首先在桥面上拼装完毕、卧式拼装后内拱塔底部上设置了塔铰,已经施工完成的塔根部位也设置了塔铰,塔铰通过销轴进行連接,为了提供一个起扳角度,内拱塔上设置三角架,三角架也通过塔铰与拱体连接,然后安装内拱塔起扳钢绞线,而后进行内拱塔竖转施工。内拱塔竖转扣索最大拉力约460吨,共布置4台200吨提升油缸,每个拉点的平均载荷约115吨。油缸储备为1.74,钢绞线安全系数为4.31。布置1台80L/min流量的液压泵站,采用间歇式的作业方式,转体速度可达5-6m/h。传感器布置方面,在每台提升油缸上安装油缸位置传感器测量油缸行程,在每个吊点安装1只压力传感器测量各吊点的负载压力。
  3.1.2主桥外拱塔利用内拱塔进行竖转施工
   在内拱塔竖转之前,在内拱塔上安装索鞍结构(同时将内拱塔与钢箱梁桥面临时固接)在内拱塔内拱塔竖转到位后,通过索鞍结构安装外拱塔起扳钢绞线,而后进行外拱塔的整体竖转。外拱塔竖转扣索最大拉力约326吨,共布置4台200吨提升油缸,每个拉点的平均载荷约81.5吨。内塔三角架锚固索最大拉力约93.3吨。油缸储备为2.45,钢绞线安全系数为6.08。横桥向两侧各布置1台80L/min流量的液压泵站,采用间歇式的作业方式,转体速度可达5-6m/h。传感器布置方面,在每台提升油缸上安装油缸位置传感器测量油缸行程,在每个拉点安装1只压力传感器测量各拉点的负载压力。
  3.1.3竖转实施方案
  ①竖转设备安装与调试:外拱塔及内拱塔桥面拼装完毕并进行临时固接,在拱塔上安装索鞍结构、提升油缸、三角支架、钢绞线等。在设备安装完毕后,检查各种传感器信号和控制信号是否到位,初始读数是否正确,检查油管安装是否正确,检查油缸空缸动作和截止阀工作是否正常,检查提升系统各信号稳定性。
  ②竖转前整体检查:液压竖转系统的提升油缸、液压泵站、控制系统;竖转支撑结构的油缸支架、拉点结构、地锚支架;拱塔结构的外形尺寸、质量、关联结构、障碍物;应急预案的设备备件、人员、物资等。
  ③试竖转及正式竖转:为了观察和考核整个竖转施工系统的工作状态,在正式竖转之前,必须进行试竖转。经过试竖转,观察后若无问题,便进行正式竖转,正式竖转过程中,记录各点压力和高度,及时与监控单位配合加强空中位置姿态的监控。
  3.1.4竖转到位后的工作
  根据竖转到位的监控指令的要求,采用经过焊接工艺评定的焊接参数对环焊缝进行施焊。无损检测合格后,对钢绞线卸载,竖转设备的拆卸,并按照顺序进行斜拉索的安装调试、横撑装饰箱的安装焊接、最后一道面漆的防腐涂装。
  3.1.5计算机控制液压同步提升系统技术
  计算机控制液压同步提升技术是一项新颖的构件提升安装施工技术,它采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升原理,结合现代化施工工艺,将大体量的构件在地面拼装后,整体提升到预定位置安装就位,实现大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升。计算机控制液压同步提升技术的核心设备采用计算机控制,可以全自动完成同步升降、实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能,是集机、电、液、传感器、计算机和控制技术于一体的现代化先进设备。
  主控计算机除了控制所有提升油缸的统一动作之外,还必须保证各个提升吊点的位置同步。在提升体系中,设定主令提升吊点,其它提升吊点均以主令吊点的位置作为参考来进行调节,因而,都是跟随提升吊点。
  在提升系统中,每个提升吊点下面均布置一台长距离传感器,这样,在提升过程中这些长距离传感器可以随时测量当前的构件高度,并通过现场实时网络传送给主控计算机。每个跟随提升吊点与主令提升吊点的跟随情况可以用长距离传感器测量的高度差反映出来。主控计算机可以根据跟随提升吊点当前的高度差,依照一定的控制算法,来决定相应比例阀的控制量大小,从而,实现每一跟随提升吊点与主令提升吊点的位置同步。
  为了提高构件的安全性,在每个提升吊点都布置了油压传感器,主控计算机可以通过现场实时网络监测每个提升吊点的载荷变化情况。如果提升吊点的载荷有异常的突变,则计算机会自动停机,并报警示意。
  3.2拱塔间横撑安装施工技术创新
  为保证拱塔造型美观,使大桥富于现代气息,在拱塔之间设置了装饰横撑,横撑由外包钢箱装饰板组成,装饰箱伸缩缝处的内部垫板与一端的装饰箱焊接,另一端不焊,允许装饰横撑的自由收缩。本桥横撑装饰箱安装时,所有的斜拉索已经到位,汽车吊施展空间大为减少,且横撑装饰箱必须先安装槽型结构,这就给吊装带来了巨大的难度,且从全桥俯视图看,装饰箱互相干扰,且空间太小,这必然给挂篮、支架、操作平台的制作、焊接、安装带来一定的难度。用塔吊和专用吊具吊装横撑装饰箱,卡到塔间索,放置到钢拱塔壁板上的限位板上,先焊接装饰箱同小拱塔的焊缝,打开临时固结,通过工艺码板和小吨位千斤顶调节伸缩量,满足同大拱塔的缝隙,焊接同大拱塔的焊缝。由于单发件N1在塔间索的上面,槽型桿件必须从下面扣在塔间索上,必须设置专用吊具工装,以易于吊装和就位,箱内侧根据具体情况设置工艺隔板,避免在吊装过程中的变形扭曲。
  3.3泄砂法落梁施工技术创新
  斜拉索张拉之后,钢箱梁并没有脱离下面支撑点,大部分主梁的重量仍由钢管桩承担,如果落梁时直接拆除支墩,则与被拆除支墩相邻的支墩受力会顺势大幅度提高,同时支撑反力的瞬时增大也容易导致钢箱梁支撑点部位产生应力增大,进而造成钢箱梁局部屈曲破坏。固需要对钢箱梁进行落梁施工,为了保证落梁的同步与安全,施工单位采用了泄砂方法落梁技术,以保证施工过程中钢箱梁支撑点的应力及变形的安全性和临时墩的安全性。落梁过程中,施工单位设置8人泄砂组,按照监控单位给出的分级的每组泄砂高度,控制泄砂同步性,最终实现了安全落梁。桥梁结构的最终成形要经历一个结构体系的转换过程,体系转换过程前后两个不同结构体系的受力特点和变形特点均不相同。本桥采用落梁法完成体现转换,核心是确定砂箱临时墩落降量,每步各落降点的落降控制量是关键工作。随着落降过程的进行,临时墩的支反力逐渐减小,对钢箱梁的支承作用减弱,钢箱梁随着下落幅度的增大,其内力也逐渐增大,在最后临时墩完全拆除,完成斜拉桥体系转换,钢箱梁达到落梁施工过程的最大内力状态。在砂箱临时墩落降施工过程中,必须配合监控单位保证钢箱梁和临时墩的受力都在控制要求之内。
  3.4对整个结构进行立体放样加工的施工技术创新
  由于钢拱塔结构复杂,施工单位首次对整个结构采用三维立体放样,进行施工图转化。板单元的制作质量直接关系到钢拱塔节段块体及整体的制作质量,生产过程中对板单元的制作质量严加控制,确保板单元杆件的制作质量。主要对板单元圆弧曲线、加劲肋位置精度、横隔板尺寸公差、板单元焊接变形进行控制。塔段整体制作控制要点:箱口几何尺寸的控制、节段圆弧曲线的控制、节段扭曲变形的控制;采用组装、焊接、修整相结合的工艺原则;钢塔塔段在专用胎位上进行施焊,而且施焊主焊缝时使塔段处于水平状态,并严格按照工艺规定的焊接顺序,尽量采用对称施接,以避免扭曲变形;板单元及部件制造完成后,在总装胎架上进行组焊和预拼装;钢塔节段工地接口为焊接环焊缝,为保证工地接口间隙匀顺,制造时以钢塔节段一端为基准端,另一端预留二切量,待节段焊接修整完毕后精确划二次切割线并进行二切;为保证塔柱整体几何尺寸,在塔柱组焊、修整、焊缝检侧合格后,对非基准端进行端部二次切割。
  3.5钢拱塔塔段无余量卧式拼装焊接的施工技术创新
  钢拱塔塔段制造厂进行精确测量,工地进行精确定位,采取合理的焊接工艺、焊接顺序、减少焊接变形,工地无配切量的合拢段安全平稳的吊装拼接焊接。以拱段腹板单元为基面进行拼装,拼装时在桥位拼装区域设置整体平面拼装胎架。现场拼装胎架的设置根据拱肋线型进行放线,根据拱段的重量、结构位置、外形轮廓园弧曲线及焊接所产生收缩量的增补调节量等因素进行胎架的设计和制造,胎架的结构形式,结构尺寸根据胎架所承载的荷载进行设计与校核后确定,保证胎架有足够的刚度,不随拱段拼装重量的增加而变形,从而保证拱肋不因此变形。为了拱肋拼装集中荷载对桥面的影响,胎架基础采用30mm钢板点焊到桥面上并在其上做胎架,并对桥面进行受力检算。拱段整体拼装完成后,卸除拱塔拼装胎架约束,在桥面上通过激光经纬仪进行整体测量,重点测量拱塔各部位锚箱定位精度及相对位置精度。同时,在胎架解除后对拱转动轴进行复测,确保转轴无重大偏差。钢拱塔整体测量完成并提交监理验收合格后,在拱塔上安装整体提升吊耳等结构。
  3.6钢结构冬季施工的施工技术创新
  3.6.1钢结构保温
  采用100mm厚的岩棉毡铺设在钢结构底部及侧部位,同时在钢结构顶部面上铺设100mm厚岩棉毡。岩棉毡底部铺设50mm×50mm的钢丝网,用φ8的油丝绳捆扎在钢结构上,每200mm一道,用花栏螺栓将钢丝绳拉紧,不能使岩棉毡脱落。
  3.6.2钢结构环峰焊接措施
  现场焊接大量采用CO2气体保护焊,该工艺焊接效率高,热量集中,焊接变形小,适用于钢结构全位置焊接。但由于该焊接方法采用CO2气体保护,所以对施焊环境中防风的措施要求严格。露天焊接,当风力较小(风速<2m/s)时,采用小的防风罩进行局部防风;如果风力较大(风速≥2m/s),应搭设防风棚。钢结构环缝处,采用50mm厚的保温板搭建防风棚,内部空间方便焊接设备正常运行和使用,保证钢结构的环缝焊接时温度在8°C以上,同时防风棚应设置小的通风孔。底板环缝在箱内施焊,无需搭设防风棚。钢结构内焊接时,应对箱内进行排烟、除尘等局部防护措施。环缝焊接时,钢结构箱体中设置电热风加热设备4台(每台功率20kw),加热时间在8小时左右。环缝焊接前开启加热设备,以创造局部环境条件达到焊接工艺相关要求。当环境温度极低时,加热也不能满足焊接施工要求时,应停止施工。钢结构焊接要注重焊前防护、焊前预热、焊接控制、焊后保温。
  4管理成效
  (1)2010年获得锦州市主体工程“古塔杯”。
  (2)2011年获得辽宁省建设工程“世纪杯”。
  (3)各阶段工期目标如期实现,每一道工序都达到优质。
  (4)获得集团公司优秀平安工地称号。
  (5)进度满足合同工期要求。
  作者简介:李海(1980-),男,山东单县人,本科学历,工程师,一级建造师,项目总工程师,研究方向钢结构制造。
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